Đồ án ngành hệ thống điện mai văn tuấn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.45 MB, 106 trang )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
MỤC LỤC
Trang
PHẦN I : TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI
ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220 KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220 KV ......................................1
CHƯƠNG I : TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN ...........................................................................2
1.1 Hiện tượng dông sét ...............................................................................................2
1.1.1 Khái niệm chung ..............................................................................................2
1.1.2 Cường độ hoạt động của sét ...........................................................................4
1.1.3 Tình hình dông sét ở Việt Nam ......................................................................5
1.2 Ảnh hưởng của dông sét........................................................................................6
1.3 Vấn đề chống sét ...................................................................................................6
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾPCHO TRẠM
CẮT 220 kV ....................................................................................................................8
2.1 Khái niệm chung ....................................................................................................8
2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng .................................8
2.3 Các công thức sử dụng để tính toán ......................................................................9
2.3.1 Độ cao cột thu lôi ............................................................................................9
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập ....................................................9
2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu lôi ..................................................10
2.4 Mô tả đối tượng bảo vệ ........................................................................................14
2.5 Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp ...........15
2.5.1 Phương án 1 ...................................................................................................16
2.5.1.1 Bố trí các cột thu lôi ..................................................................................16
2.5.1.2 Tính toán cho phương án 1 .......................................................................17
2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 .............................................................21
2.5.2 Phương án 2: ..................................................................................................22
2.5.2.1 Bố trí các cột thu lôi: ................................................................................22
2.5.2.2 Tính toán cho phương án 2 .......................................................................23
2.5.2.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 .............................................................26
2.6 So sánh và lựa chọn phương án ..........................................................................27
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP ...........................28
3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp ........................................................................28
3.2 Tính toán nối đất .................................................................................................30
3.2.1. Nối đất an toàn. .............................................................................................30
3.2.2. Nối đất chống sét ..........................................................................................34
CHƯƠNG IV:BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV .....................46
4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây .....................46
4.2 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây ......................................................46
4.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét .........................................................46
4.2.2 Cường độ hoạt động của sét .........................................................................47
4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây .....................................................................47
4.2.4 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây ..............................................48
4.2.5 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây....................................................49
4.2.6 Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng ........................................................49
4.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây .............................................50
4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ ....................................................................50
4.3.2. Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở của dây chống sét và
đường dây. ..............................................................................................................51
4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây. ............................................................54
4.3.4 Suất cắt do sét đánh vào đường dây .............................................................55
4.3.4.1 Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn .......................55
4.3.4.2 Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt. .....................................................56
4.3.4.3 Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột ......................61
CHƯƠNG V BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁPTRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY
VÀO TRẠM .................................................................................................................82
5.1. Khái niệm chung ................................................................................................82
5.2. Các phương pháp tính toán điện áp trên cách điện củathiết bị khi có sóng
truyền vào trạm ..........................................................................................................83
5.2.1. Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm
bằng phương pháp lập bảng ....................................................................................83
5.2.2. Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm
bằng phương pháp đồ thị ........................................................................................86
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
5.2.3. Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm
bằng phương pháp tiếp tuyến..................................................................................89
5.3. Tính toán bảo vệ chống sét truyền vào trạm .......................................................90
5.3.1 Lập sơ đồ thay thế rút gọn trạng thái nguy hiểm nhất của trạm .......................90
5.3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút trên sơ đồ rút gọn ...........................93
5.3.3 Đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ ......................................................97
5.3.3.1Đặc tính điện áp chịu đựng của máy biến áp 220 kV ................................97
5.3.3.2 Đặc tính V-S của thanh góp 220 kV .........................................................98
5.3.3.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van......................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................100
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên 20
l
l2
Bảng 3 1. Bảng K f ( 1 ) .................................................................................................................. 33
ds
1
Bảng 3 2. Bảng tính toán chuỗi số 2 .e TK
k 1 k
38
ds
1
Bảng 3.3. Bảng tính toán chuỗi số 2 .e TK
k 1 k
40
Bảng 3.4. Hệ số sử dụng của thanh khi nối cọc theo dãy
43
Bảng 3.5. Kết quả tính toán các giá trị Bk 45
Bảng 4.1. Bảng xác suất hình thành hồ quang f ( Elv ). .................................................................. 49
Bảng 4.2. giá trị Ucd(t) tác dụng lên chuỗi sứ
58
Bảng 4.3. Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ.
58
Bảng 4.4. Đặc tính xác suất phóng điện 60
Bảng 4.5. Tính ucuđ (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột 73
Bảng 4.6. Tính ucut (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột 74
Bảng 4.7. Tính ic (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột 75
Bảng 4.8. Tính di c (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột
dt
76
Bảng 4.9. Tính Uc (a, t ) khi sét đánh vào đỉnh cột
77
Bảng 4.10. Tính U dcs (a, t ) khi sét đánh vào đỉnh cột 78
Bảng 4.11. TínhUcd(a,t)kV khi sét đánh vào đỉnh cột 79
Bảng 4.12. Bảng tính suất cắt vđcpđ 80
Bảng 5.1. Bảng điện dung tương đương của các thiết bị trong trạm
Bảng 5.1. Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian. 97
Bảng 5.1. Đặc tính V-S của thanh góp 98
90
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét 3
Hình 1.2. Dạng tổng quát của sóng sét 3
Hình 1.3. Dạng xiên góc của sóng sét
4
Hình 1.4. dạng hàm số mũ của sóng sét 4
Hình 2.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét ............................................................... 10
Hình 2.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau
11
Hình 2.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
12
Hình 2.4. Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi
13
Hình 2.5. Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi
13
Hình 2.6. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
14
Hình 2.7. Mặt bằng trạm 220/110kV
15
Hình 2.8. Bố trí các cột thu lôi của phương án 1 16
Hình 2.9. Phạm vi bảo vệ của phương án 1
21
Hình 2.10. Bố trí các cột thu lôi của phương án 2
22
Hình 2.11. Phạm vi bảo vệ của phương án 2
26
l
Hình 3.1. Hệ số hình dạng K f ( 1 ) ........................................................................... 33
l2
Hình 3.2. Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất 34
Hình 3.3. Sơ đồ đẳng trị rút gọn 35
Hình 3.4. Hình thức nối đất bổ sung
41
Hình 3.5.Đồ thị T
43
Hình 3.6.Xác định nghiệm của phương trình tgX k 0, 045 X k 44
Hình 4.1. Góc bảo vệ của dây thu sét ............................................................................ 47
Hình 4.2.Đồ thị f ( Elv ). 49
Hình 4.3.Kết cấu của cột điện.
50
Hình 4.4.Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp. 53
Hình 4.5. Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét
56
Hình 4.6. Đồ thị Ucd(a,t) và Upd(t) 59
Hình 4.7. Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt 60
Hình 4.8. Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 61
Hình 4.9. Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét khi chưa có sóng phản xạ tới
63
Hình 4.10. Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ tới 65
Hình 4.11. Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột
80
Hình 4.12. Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột
81
Hình 5.1. Sóng truyền trên đường dây .......................................................................... 84
Hình 5.2. Sơ đồ tương đương với thông số tập trung 84
Hình 5.3. Quy tắc sóng đẳng trị 85
Hình 5.4. Đặc tính V – A của chống sét van ZnO.
87
Hình 5.5. Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây 87
Hình 5.6. Đồ thị xác định U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính V-A
Hình 5.7. Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây
89
88
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Hình 5.8. Xác định điện áp UC(t) bằng phương pháp tiếp tuyến
Hình 5.9. Sơ đồ nguyên lý trạng thái sóng nguy hiểm nhất
91
Hình 5.10. Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm 91
Hình 5.11. Sơ đồ thay thế rút gọn của trạng thái sóng nguy hiểm
Hình 5.12. Nguyên tắc momen lực93
Hình 5.13. Sơ đồ Petersen tại nút 1.
94
Hình 5.14. Sơ đồ Petersen tại nút 2
96
Hình 5.15. Sơ đồ Petersen tại nút 3
96
Hình 5.16. kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp
Hình 5.17. kiểm tra an toàn cách điện thanh góp 220 kV
98
90
92
97
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
PHẦN I
TÍNH TOÁN BẢO VỆ
CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220 KV
VÀ BẢO VỆĐƯỜNG DÂY 220 KV
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
CHƯƠNG I
TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM
VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN
Việc nghiên cứu dông sét và các biện pháp chống sét đã có từ lâu lịch sử lâu
dài cùng với sự phát triển của ngành điện.Ngày nay người ta đã tìm ra được các
phương pháp cũng như hệ thống thiết bị hiện đại để phòng chống sét đánh.Sét là
một hiện tượng tự nhiên có mật độ, biên độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc của
sét không thể dự đoán trước nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đặc
biệt là trong ngành điện.
1.1Hiện tượng dông sét
1.1.1Khái niệm chung
Dông là hiện tượng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy ra. Cơn dông được hình
thành khi có khối không khí nóng ẩm chuyển động thẳng. Cơn dông có thể kéo dài 30
phút đến 12 giờ, trải rộng từ vài chục đến hàng trăm kilomet.
Sét là một hiện tượng phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất
lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra
trong trường không đồng nhất.
a)Quá trình hình thành sét
Các quá trình khí quyển sẽ tạo nên các đám mây mang điện tích:
Các điện tích âm (-) tập trung thành từng nhóm, các điện tích dương (+) rải đều
trong đám mây. Quá trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tíc0068 (-) tạo nên
hiện tượng trung hòa về điện. Các điện tích (-) còn lại phát triển về phía mặt đất và
hình thành tia tiên đạo (dòng plasma có điện dẫn lớn). Tia tiên đạo càng phát triển về
phía mặt đất thì trường đầu dòng càng tăng làm ion hóa mãnh liệt môi trường xung
quanh nó tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích. Càng gần mặt đất số điện tích càng
lớn tạo nên dòng phóng điện ngược phát triển về phía đám mây, sẽ hoàn thành một
phóng điện sét.
Tốc độ dòng sét xuôi từ đám mây đến mặt đất:
Vx = 1,5.107÷ 2.108 cm/s
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Tốc độ dòng sét ngược từ mặt đất đến đám mây:
Vng = 1,5 . 109 ÷ 2.1010 cm/s
Tia tiên đạo
Hình thành
khu vực ion
hóa mãnh liệt
Địa điểm phụ thuộc
điện trở suất của đất
Hoàn thành
phóng điện
sét
Dòng của phóng
điện ngược
Hình 1.1. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét
b)Các dạng sóng sét
Dạng tổng quát
Imax
Trong đó:
is
ds là thời gian đầu sóng
is = 0 ÷ Imax
0,5.Imax
Ts là thời gian toàn sóng
ds
Ts
t
Hình 1.2. Dạng tổng quát của sóng sét
Dạng xiên góc
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
is
Trong đó:
Imax
is = a.t (t < ds)
is = a. ds = Imax (t > ds)
a là độ dốc đầu sóng
Tds
t
Hình 1.3. Dạng xiên góc của sóng sét
Dạng hàm số mũ
Tính cho các quá trình xảy ra chậm ( Quá trình phát nhiệt của dòng sét)
is
Trong đó:
Imax
is I max .e
T
t
T
Ts
0,7
t
Hình 1.4. dạng hàm số mũ của sóng sét
1.1.2Cường độ hoạt động của sét
a. Số ngày sét trong một năm nngs
Vùng lãnh thổ
nngs
Vùng xích đạo
100 ÷ 150 ngày
Vùng nhiệt đới
60 ÷ 150 ngày ( Việt Nam)
Vùng ôn đới
30 ÷ 50 ngày
Vùng hàn đới
< 5 ngày
b. Mật độ sét
Là số lần sét đánh xuống 1km2 mặt đất trong 1 ngày có sét:
ms 0,1 0,15
Số lần phóng điện xuống đất trong một năm:
N m s .n ngs 0,1 0,15 .n ngs
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
1.1.3.Tình hình dông sét ở Việt Nam
Theo đề
tài KC – 03 - 07 của
viện năng lượng, trong một năm số ngày sét ở
miền bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày và số lần có dông là từ 150-300 lần.
Vùng có nhiều dông nhất trên miềm bắc là khu vực Móng Cái, Tiên Yên
(Quảng Ninh) hằng năm có 100 – 110 ngày dông sét.
Nơi ít dông nhất là Quảng Bình , hàng năm chỉ có 80 ngày dông, xét về diễn
biến của mùa dông trong năm, mùa dông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng.
Nói chung ở miền bắc dông tập trung từ tháng 4-9, ở phía tây bắc dông tập trung từ
tháng 5-8 trong năm.
Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối
nhiều dông trong tháng. Số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày / tháng, tháng có nhiều dông
nhất là tháng 5, có thể có từ 12 – 15 ngày .
Miền nam cũng có khá nhiều dông , hàng năm quan sát được từ 40 đến 50 ngày
và đến trên 100 ngày tùy nơi. Khu vực nhiều dông sét nhất là đồng bằng nam bộ, số
ngày dông sét có thể lên đến 120 – 140 ngày / năm.
Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình dông sét trên 3 miền Bắc – Trung –
Nam, những vùng lân cận lại có mật độ sét tương đối giống nhau. Theo kết quả nghiên
cứu người ta đã lập được bản đồ phân vùng dông sét toàn Việt Nam.
Bảng 1.1. Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phương
Vùng
Đồng bằng ven
biển
Miền núi trung
du bắc bộ
Caonguyên
miền trung
Ven biển miền
trung
Đồng bằng
miền nam
Ngày dông
trung bình
(ngày / năm)
81,1
Giờ dông trung
bình
( giờ / năm)
215,6
Mật độ sét
trung bình
Tháng dông
cực đại
6,47
8
61,6
219,1
6,33
7
47,6
126,21
3,31
5,8
44
95,2
3,55
5,8
60,1
89,32
5,37
5,9
Từ các số liệu về ngày giờ dông, số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện các
giai đoạncó thể tính toán đưa ra các số liệudự kiến về mật độ phóng điện xuống các
khu vực.
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Bảng 1.2. Mật độ phóng điện xuống các khu vực
Số ngày
Đồng bằng ven
Miền núi trung
Cao nguyên
Ven biển
Đồng bằng
dông
biển
du phía bắc
miền trung
trung bộ
miền nam
20 40
2,43 2, 68
2,1 4,2
12 2,4
1,22 2,44
1,26 2,52
40 60
4,68 4,92
4,2 6,3
2,4 3,6
2,44 3,65
2,52 3,78
60 80
7,92 9,72
6,3 8,4
3,6 4,8
3,65 4,87
3,78 5,06
80 100
9,72 12,15
8,4 10,5
4,8 6
4,87 6,09
5,06 6,3
100 120
12,15 14,58
10,5 12,6
6 7,2
6,09 7,31
6,3 7,76
1.2 Ảnh hưởng của dông sét
Ở Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC – 03 – 07 đã lắp đặt các
thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm liên tục,
kết quả thu thập tình hình sự cố lưới điện 220 kV ở miền bắc từ năm 1987 đến năm
1992 được ghi trong bảng
Bảng 1.3. Tình hình sự cố lưới điện ở miền bắc
Dưới 220 kV
Loại sự cố
Đường dây Phả Lại – Hà Đông
Tổng số
Vĩnh cữu
Tổng số
Vĩnh cửu
Do sét
1987
2
1
2
1
1
1988
5
2
5
2
1
1989
24
3
6
2
1
1990
25
4
2
1
1
1991
30
2
3
1
1
1992
19
4
4
4
3
105
16
22
11
8
1.3.Vấn đề chống sét
Qua những nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và những tác hại của sét
gây nên đối với lưới điện, cho nên việc bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến
áp là điều không thể thiếu được. Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chồng sét là cần thiết
để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện của nước ta.
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Trang 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV
2.1 Khái niệm chung
Trạm biến áp và đường dây truyền tải là một bộ phận quan trọng trong hệ thống
truyền tải và phân phối điện năng.
Đối với trạm biến áp thì các thiết bị phân phối của trạm thường được đặt ngoài
trời, nên khi bị sét đánh trực tiếp có thể sẽ gây ra nhưng hậu quả nặng nề (phóng điện,
phá hủy cách điện, gây cắt điện…) nếu không được bảo vệ. Sự cố mất điện ở trạm còn
ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp khác do hậu quả của việc mất điện. Do vậy
trạm biến áp có yêu cầu bảo vệ cao.
Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng cột thu lôi và
dây chống sét bởi vì dùng như vậy sẽ đảm bảo về mặt kỹ thuật , kinh tế và mỹ thuật.
Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét
tập trung vào đó tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần
phải đảm bảo về mặt kỹ thuật và quan tâm tới các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý.
2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng
Yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đánh trực tiếp của trạm biến áp là tất cả các thiết bị
cần bảo vệ phải nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Đối với trạm
cắt 220 kV ta dùng cột thu lôi, còn đối với đường dây ta dùng dây chống sét.
Đối với trạm biến áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao, do đó có thể đặt
các thiết bị thu lôi trên các kết cấu của trạm gắn vào hệ thống nối đất của trạm theo
đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào hệ thống nối đất theo 3 đến 4
thanh nối đất với hệ thống, mặt khác phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của
điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời là cuộn dây máy biến áp, vì vậy
khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào
cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp phải lớn hơn 15m.
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có
dòng sét chạy qua.
Đối với các dây chống sét ta treo dọc theo chiều dài của đường dây cần bảo vệ và
đặt cao hơn các đường dây được bảo vệ.
2.3 Các công thức sử dụng để tính toán
2.3.1 Độ cao cột thu lôi
h = hx + ha
(2.1)
Trong đó:
h : Độ cao cột thu lôi
hx : Độ cao của vật cần được bảo vệ
ha : Độ cao tác dụng của cột thu lôi xác định theo nhóm cột.
ha ≥
D
8
(Với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột )
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài
của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình:
rx
1,6
(h h x )
hx
1
h
(2.2)
- Nếu hx 2/3h thì:
rx 1,5h.(1
hx
)
0,8h
(2.3)
- Nếu hx> 2/3h thì:
rx 0,75h.(1
hx
)
h
(2.4)
Biểu diễn trên hình vẽ như sau: (Hình 2-1)
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
a
0.2h
b
h
0,8h
c
0,75h
1,75h
R
Hình 2.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét
Chú ý:
Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu lôi cao dưới 30m. Khi cột
thu lôi cao quá 30m thì các công thức trên phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p.
Với p
5,5
và trên các hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp.
h
2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ
của hai cột đơn. Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa
2 cột thì phải thỏa mãn điều kiện a < 7h ( h là chiều cao của cột ).
a. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao
Khi 2 cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cánh a (a < 7h) thì độ
cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi h0 được tính như sau:
h0 = h −
a
7
Tính rox :
2
h
Nếu hx≤ h0 thì rox 1,5h 0 .(1 x )
3
0,8h 0
(2.5)
2
h
Nếu hx> h0 thì rox 0,75h 0 .(1 x )
3
h0
(2.6)
Chú ý: nếu độ cao của cột thu lôi vượt quá 30 (m) thì ngoài phần hiệu chỉnh như
trong phần chú ý mục 2.3.2 thì còn phải tính h0 theo công thức :
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
a
7p
h0 = h −
Biểu diễn trên hình vẽ như sau: (Hình 2-2)
O
R
0,2.h
ho = h -
a
7
h
0,75.h
1,5.h
a
r ox
r
x
Hình 2.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau
b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
Phạm vi bảo vệ vủa hai cột thu lôi có độ cao khác nhau được xác định như sau:
Giả sử có hai cột thu sét : cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 và h1< h2,
hai cột cách nhau một khoảng là a.
Trước tiên, vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1, sau đó qua đỉnh cột thấp h2 vẽ
đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3. Điểm này được xem là đỉnh của
cột thu lôi giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau
và bằng h2 với khoảng cách là a’
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Hình 2.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
Xác định được khoảng cách x và a’ như sau :
x
1,6
.(h h 2 )
h2 1
1
h1
a' a-x a-
1,6
.(h h 2 )
h2 1
1
h1
(2.7)
(2.8)
-Đ
ộ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa cột 1 và cột giả tường (cột 3)
a'
(2.9)
7
- Bán kính bảo vệ : rox
h0 h2
2
h
Nếu hx≤ h0 thì rox 1,5h 0 .(1 x )
3
0,8h 0
(2.10)
2
h
Nếu hx> h0 thì rox 0,75h 0 .(1 x )
3
h0
(2.11)
c. Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ( số cột > 2)
Phạm vi bảo vệ của ba cột thu lôi
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Hình 2.4. Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu lôi
Hình 2.5. Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi
Điều kiện cần để công trình nằm trong miền giới hạn của các cột thu sét được
bảo vệ an toàn:
D 8.h hx
Trong đó:
D là đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác, tứ giác.
h là chiều cao cột.
hx là chiều cao cần bảo vệ.
Cách xác định đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:
a.b.c
D
d.
p
2. p. p a
. p b
. p c
abc
2
Với a, b,c là ba cạnh của tam giác.
Sau đó xác định phạm vi bảo vệ của từng cặp cột biên tương tự như xác định
phạm vi bảo vệ của hai cột.
d.Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như hình vẽ (Hình 2-4)
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Dây chố ng sét
0,2h
h
hx
0,6h
1,2h
hx
Hình 2.6. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
2
+ Khi hx> h thì:
3
bx=0,6h(1-
hx
)(2.13)
h
bx=1,2h(1-
hx
)
0,8.h
2
+ Khi hx h thì :
3
(2.14)
2.4 Mô tả đối tượng bảo vệ
-Trạm biến áp 220/110kV có:
-Chiều rộng trạm 179,5m, chiều dài trạm 208m.
-Các xà phía 110kV cao 8m và 11m, các xà phía 220kV cao 11m và 17m
-Mặt bằng bố trí các xà như hình vẽ:
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Hình 2.7. Mặt bằng trạm 220/110kV
2.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp
+ Trình tự tiến hành:
- Chọn các vị trí đặt cột cho là phù hợp.
- Tính độ cao tác dụng ha của các cột : xác định đường kính D vòng tròn ngoại
tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột (hoặc ngoại tiếp tứ giác).
Để cho toàn bộ diện tính giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ấy) được bảo vệ
thì D 8ha .
Lấy chung một độ cao tác dụng lớn nhất cho toàn trạm.
- Tính độ cao h của cột thu lôi: h = ha + hx ( Với hx : độ cao của vật được bảo vệ)
- Kiểm tra lại khả năng bảo vệ đối với các vật nằm ngoài phạm vi bảo vệ :
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
+ Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi: theo các công thức (2.2) hoặc (2.3)
+ Tính bán kính khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi: theo các công thức (2.5) hoặc (2.6)
Vẽ các khu vực bảo vệ theo kích thước đã tính.
- Kiểm tra lại nếu có vật được bảo vệ nào nằm ngoài khu vực bảo vệ thì cần phải
tăng độ cao cột thu lôi hoặc bố trí thêm cột và tính toán theo trình tự trên.
2.5.1 Phương án 1
2.5.1.1 Bố trí các cột thu lôi
Phương án bố trí các cột thu sét được thể hiện trên hình vẽ 2.8:
208000
14500
14500
9000
12500
19300
19400
6500
10500
5500 5500
13000
9000
12500
8500
11500
3550
14200
3500
11800
3500
4500
2750
14500
AT2
168000
Nha phan phoi 10kV
14x9000=126000
TN1
Nha dieu khien
179500
10x15400=154000
TN2
A
C
B
A
C
B
A
14500
14500
3550
12200
3500
4500 11800
3500
2750
14500
7000
12000
10000
12000
6000
C B A
C B A
Nh a q u a n l y v a n h a n h
25700
50000
Hình 2.8. Bố trí các cột thu lôi của phương án 1
Ta bố trí tổng cộng 31 kim thu sét trong đó về phía 110kV có 6 KTS đặt trên xà
8m, 4 KTS đặt trên xà 11m. Về phía 220kV ta đặt 11 KTS trên xà 11m và 10 KTS trên
xà 17m.
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 16
25000
B
14000
C
Tram bom
C B A
8500
AT1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
2.5.1.2 Tính toán cho phương án 1
a) Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét
Để tính được độ cao tác dụng của các cột thu sét ta phải xác định được đường
kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đi qua các chân cột D. Độ cao tác dụng thoả mãn
điều kiện: ha D
8
-Xét hình chữ nhật (24;25;27;28 ) có: cạnh 24-25: 30,8m
cạnh 24-28: 19 m
Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật (24;25;27;28) là:
D 30,82 192 36,189(m)
Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột 24; 25; 27; 28 là:
ha=
D 36,189
4,524( m)
8
8
- -Các cột (25;26;27) tạo thành các tam giác có kích thước như sau:
Kích thước các cạnh như sau: 25-26: 36,189m
26-27: 30,8m
25-27: 19m
Với nhóm cột này ta có nửa chu vi p
a b c 36,189 30,8 19
42,995m
2
2
Đường kính đường tròn ngoại tiếp đi qua chân cột trên là:
D
abc
36,189.30,8.19
2 p( p a)( p b)( p c) 2 42,995.(42,995 36,189)(42,995 30,8)(42,995 19)
36,186 (m)
Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột 11;12;13 là:
ha=
D 36,186
4,523( m)
8
8
Ta nhận thấy các hình tam giác (25;27;28); (24;28;29); (23;29;30); (23-30-31)
có diện tích bằng nhau nên độ cao tác dụng tối thiểu của chúng đều bằng nhau và bằng
4,523m
Tương tự với các cột còn lại ta có bảng tính độ cao tối thiểu như sau
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Bảng: Độ cao tối thiểu các cột phương án 1:
Tam giác
110kV
2-3-7
7-3-6
3-4-6
4-5-6
5-6-12
6-11-12
6-7-11
7-10-11
7-9-10
7-8-9
0-1-8
1-8-7
1-2-7
220kV
10-15-16
10-11-15
11-12-15
12-14-15
13-14-20
14-19-20
14-15-19
15-19-18
15-16-18
16-23-22
16-17-22
16-18-23
18-23-24
18-19-24
20-21-25
13-20-21
23-22-31; 21-25-26
18-24-29; 18-23-29
19-20-24
20-24-25
12-13-14
a
b
c
p
S
ha
36,498
45
45,401
45,401
31,59
38,5
45
38,5
42,445
17,133
18
54
36
51,266
51,266
36
27,893
27,893
43,036
42,591
42,591
56,613
56,613
36,5
51,251
51,251
36
37,593
37,593
43,5
39,733
39,733
43,036
39,962
39,962
53,932
40,672
40,672
36,498
61,882
66,930
59,497
58,397
49,608
60,635
65,314
60,527
69,510
63,839
47,586
72,962
61,875
51,266
52,802
46,761
46,902
39,984
46,848
50,324
46,723
56,705
56,613
40,672
57,150
51,252
6,408
6,600
5,845
5,863
4,998
5,856
6,291
5,840
7,088
7,077
5,084
7,144
6,406
48,699
46,837
46,837
46,2
21,55
35,699
46,2
30,994
46,2
50,374
36
63,55
61
45,53
35,674
36
43
52,083
45,53
30,8
58,152
55,525
55,525
38,5
46,2
31,044
21,55
23,727
23,727
37,592
39,047
31,004
52,083
52,083
52,024
42
35,674
36,189
36,189
30,998
30,8
31,004
46,2
36,5
65,337
65,337
35,674
30,998
35,699
26,427
26,427
63,55
50,374
37,592
52,024
30,994
39,047
35,674
39,047
61
52,081
42
46,2
75,212
69,431
75,337
78,869
44,134
44,124
52,813
40,574
55,110
76,486
58,689
76,613
82,554
64,274
58,361
53,674
59,118
74,636
64,305
51,800
67,678
58,529
55,997
66,238
65,337
35,917
35,929
46,927
31,926
46,203
63,551
50,776
63,566
64,235
52,377
45,226
41,319
45,879
61,196
52,422
42,104
58,444
7,316
7,000
8,280
8,167
4,490
4,491
5,866
3,991
5,775
7,944
6,347
7,946
8,029
6,547
5,653
5,165
5,735
7,649
6,553
5,263
7,305
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TKBV CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
Độ cao cột thu lôi phía 110kV là: h=hx+hamax=11+8,147=19,147 (m)
Độ cao cột thu lôi phía 110kV là: h=hx+hamax=17+8,280=25,280 (m)
Để dễ dàng trong việc tính toán và thi công ta nâng cột phía 110kV lên độ cao
20m và nâng cột phía 220kV lên độ cao 26m.
b) Phạm vi bảo vệ của từng cột:
* Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 26 m
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m
2
3
2
3
Do hx= 11m < h= .26 = 17,333 m
Nên r11= 1,5.ho- 1,875.hx = 1,5.26- 1,875.11= 18,375 (m)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 17m
2
3
2
3
Do hx= 17m < h= .26=17,333 m
Nên r17= 1,5h0-1,875hx = 1,5.26-1,875.17= 7,125 (m)
* Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 20 m
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m
2
3
2
3
Do hx= 11m < h= .20 = 13,333 m
Nên r11= 1,5.ho- 1,875.hx = 1,5.20- 1,875.11= 9,375 (m)
c) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên.
- Xét cặp cột (0-1):
Khoảng cách giữa hai cột là: a = đoạn (0-1) = 18 m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
a
18
h 0 h 20 17, 429m
7
7
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
Ở độ cao 11m:
hx = 11m <
2
2
h0 = 17,429=11,619m
3
3
→ r0x 1,5h 0 .(1
hx
) 1,5.17, 429 1,875.11 5,519m
0,8h 0
- Tính toán tương tự cho các cặp cột biên còn lại ta có kết quả như bảng sau:
SVTH: Mai Văn Tuấn - Lớp Đ7H4
Trang 19
